Reduzierung von Jet Lärm durch die Kontrolle von Turbulenzen

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Airlines und Flugzeuge Hersteller stehen zunehmend unter Druck, Geräuschpegel niedrig für Flughafenpersonal und für die Menschen in die umliegenden Stadtteile zu halten.

In der Tat, etwa alle 10 Jahre reduziert der internationalen Zivilluftfahrt-Organisation, deren Empfehlungen in den Vereinigten Staaten und im Ausland zu beeinflussen, die maximale Geräusche, die ein Flugzeug produzieren kann, bevor es zertifiziert und für die kommerziellen Fluggesellschaften verkauft werden kann.

Flugzeuge sind kaum in der Lage auf dem derzeitigen Niveau jetzt treffen. Wenn der Lärmpegel in ein paar Jahren wieder ablegen, hat niemand eine fertige Lösung.

Flugzeug-Wellen

Oberflächlich betrachtet ist ein relativ einfaches Phänomen. Eine mechanische Welle reist durch ein kompressibles Medium wie Luft, und erreicht unsere Trommelfelle, wo es in ein elektrisches Signal umgewandelt und vom Gehirn interpretiert. Wenn es von einem Flugzeug-Triebwerken erzeugt wird, wie kann es kontrolliert ohne Auswirkungen auf die Leistung des Flugzeugs?

Daniel Bodony, zusammen mit Jon Freund und Jeonglae Kim, alle von der University of Illinois at Urbana-Champaign, arbeitet zu diesem Thema. Bodony ist Teil einer NASA-finanzierten, Jet-Engine Lärm zu verringern, durch die Kontrolle der instationären Bewegung der Luft, auch bekannt als Turbulenzen.

Anstatt zu arbeiten in einem Windkanal oder Labor, setzt das Team den Ranger-Supercomputer am Texas Advanced Computing Center, um die Entwicklung von Turbulenzen erzeugt Schallwellen aus Jet-Engine Auspuff zu simulieren. Die Simulationen helfen, erklären, wie Klang entsteht auf der grundlegendsten Ebene, und auch, wie es gesteuert werden mit einem neuen Gerät.

"Wir untersuchen, die kontrollierte Jet und die unkontrollierte Jet zu verstehen, was zwischen ihnen ändert", sagte Bodony. "Das ist was Experimente derzeit nicht können und was unser Verständnis der Wissenschaft fehlt."

Flug simulieren

Bodony, Freund und Kim verwenden eine numerische Technik namens "große Eddy Simulation", die Bewegung der Luft um den Jet zu simulieren. Die Simulationen zeigen die Höhe der Turbulenz fließt in die Jet und, wichtiger, die Höhe der Sound, der diese Turbulenzen erzeugt.

"Leider, der Lärm wird nicht generiert es direkt, können Sie steuern so müssen Sie fügen Sie ein Steuerelement irgendwo sonst, wie auf der Düse und kitzeln die Strömung in einer Weise, dass der Klang an einer späteren Stelle in der Düse reduziert wird", erklärte Bodony.

Nach Durchführung von vier Jahren Forschung, entwickelten Bodony und seinen Mitarbeitern eine neuartige Technik ermitteln die optimale Steuerung Jet Lärm zu reduzieren. Der Controller ist ein Plasma-Antrieb auf der Grundlage dieser von Kollegen an der Ohio State University entwickelt – so etwas wie eine riesige Zündkerze – das verändert das Schallfeld durch die Injektion von Wärme.

Verringerung der Klang

"Wir können nicht die Turbulenzen squash," sagte Bodony. "Unsere Steuerungen sind nicht so stark und es kann gar nicht möglich oder wünschenswert sein. Dadurch fügen wir zusätzliche Störungen um die bereits vorhandenen Störungen zu reorganisieren, dass der instationären Kräfte und Spannungen innerhalb des Fluids weniger sind."

Die Simulationen auf Ranger bestimmt den idealen Zeitpunkt und Stärke der Störungen des Motors zu reduzieren strahlte Klang ohne seine Schubkraft erheblich zu verändern. Die erste Runde der Verbesserungen zeigten das Potenzial zur Jet Lärmreduzierung durch drei Dezibel oder den Gegenwert von 30 Prozent.

"Wir reduzieren kann den Lärm aus dieser Jets sowie das absolute beste, die was experimentell durch Versuch und Irrtum gefunden wurde", sagte Bodony.

Aktive Steuerung

Bodony ist zuversichtlich, dass mit weiteren Verfeinerungen, seine Gruppe in der Lage, den Lärmpegel noch weiter zu reduzieren. Sie arbeiten auch, um das System in eine aktive Ablaufsteuerungseinrichtung mit der Fähigkeit, ein-/ ausschalten, oder ändern Sie die Stärke des Steuerelements, basierend auf veränderte Bedingungen zu entwickeln. Ergebnisse der Gruppe theoretische und Simulationen online im Journal of Sound und Vibration im Februar 2011 zusammen mit mehreren Konferenzbeiträgen und zusätzliche Zeitschriftenartikel unter Peer-Review erschienen.

Die Design-Erkenntnisse das Bodony aufgedeckt werden voraussichtlich reduzieren Sie die Lautstärke auf "N + 3" Generation von Flugzeugen, NASA Abkürzung für Flugzeuge setzten drei Generationen in der Zukunft. Bodony erwartet ein solches Gerät im Erfolgsfall für den Markteintritt in 10 bis 15 Jahren.

Wenn das lange klingt, der Ansicht, dass die neu veröffentlichten Boeing 787, das erste Verkehrsflugzeug mit ausgestattet Lärm-controlling Geräte, genannt Chevrons, enthält Elemente, die vor 15 Jahren entwickelt.

"Diese Arbeit ist rechnerisch und intellektuell anspruchsvoll," sagte Sanjiva Lele, Professor für Maschinenbau an der Stanford University, die Forschung kennt. "Aber wenn systematische Methoden zur Lärmreduzierung gefunden werden können, wäre der Nutzen für die Luftfahrt enorm."

Anmerkung der Redaktion: Dieser Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik beauftragt. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Siehe die hinter die Kulissen-Archiv.